水中三氯生光降解產(chǎn)物的理論分析

陳 蕾,龔書睿,顧 昕

（南京林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院,南京 210037）

0 引言

三氯生（又名2，4，4’—三氯—2’—羥基—二苯醚）作為一種廣譜性殺菌劑被廣泛添加于日用個(gè)人護(hù)理品中，被使用后隨著生活污水進(jìn)入到水體環(huán)境[1]。研究表明三氯生可能具有生物毒性效應(yīng)，它在環(huán)境中可能轉(zhuǎn)化為毒性更大的化合物[2]。光降解是三氯生環(huán)境轉(zhuǎn)化的重要途徑之一，因此對(duì)三氯生光降解產(chǎn)物的分析對(duì)水質(zhì)安全的評(píng)價(jià)具有重要的意義。利用量子化學(xué)理論和計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)計(jì)算可以得到分子結(jié)構(gòu)參數(shù)，進(jìn)而可以從分子的電荷及電子云分布直接預(yù)測(cè)出有機(jī)化合物的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物。

1 量子化學(xué)分析方法

通過ChemBioOffice2008繪制出三氯生的立體結(jié)構(gòu)，將其導(dǎo)入GaussView05中，進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，修改結(jié)構(gòu)優(yōu)化的命令編碼，包括保存路徑、占用內(nèi)存的空間% mem=800 MB，計(jì)算頻率% nproc=1，計(jì)算所用關(guān)鍵詞為# B3LYP/6-311++G** scf=tight opt freq。在Gaussian09中打開優(yōu)化過的結(jié)構(gòu)文件，運(yùn)行程序，并將其轉(zhuǎn)換為*.fck文件。用GaussView05中打開*.fck文件，計(jì)算HOMO及LUMO的能量值，繪制分子的靜電勢(shì)分布，采用Mulliken布局分析計(jì)算各原子電荷等。

2 結(jié)果與討論

通過高斯軟件優(yōu)化三氯生的分子結(jié)構(gòu)，并對(duì)分子中各原子的電荷分布進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果如圖1所示，三氯生分子中原子的靜電勢(shì)分布如圖2所示。

圖1 三氯生分子中各原子的電荷分布

從原子電荷分布圖中可以看出，1位上的C原子負(fù)電荷最大，為-2.199，同時(shí)從電子云分布圖上也可看出1位上的C-O鍵電子云密度最大，因而1位上的C-O鍵容易被缺電子的氧化性物質(zhì)進(jìn)行親電進(jìn)攻，導(dǎo)致C-O鍵斷裂，形成氯酚類化合物。此外，三個(gè)C-Cl鍵中，2位上的C-Cl鍵電荷分布最不均勻，因而更容易斷裂而形成脫氯產(chǎn)物。

從國內(nèi)外文獻(xiàn)報(bào)道中得知，三氯生在水中光解可能會(huì)形成氯酚和二氯酚、4,4’-二氯-2-羥基二苯醚、以及少量的光聚合體、二噁英等[3]。將量子化學(xué)計(jì)算的結(jié)果與文獻(xiàn)中報(bào)道的結(jié)果相比較，發(fā)現(xiàn)二者基本一致。

圖2 三氯生分子中原子的靜電勢(shì)分布

3 結(jié)論

本文通過量子化學(xué)計(jì)算的理論分析手段對(duì)三氯生在水中的光降解產(chǎn)物進(jìn)行了研究，從原子電荷分布及電子云的分布情況可以得出1位上的C-O鍵容易受缺電子的氧化性物質(zhì)的親電進(jìn)攻，形成氯酚類化合物；2位上的C-Cl鍵容易斷裂而形成脫氯產(chǎn)物，這些與目前已有文獻(xiàn)的報(bào)道結(jié)果相一致。研究結(jié)果對(duì)揭示三氯生的光轉(zhuǎn)化途徑以及預(yù)測(cè)其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)具有重要的意義。

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